Abstrakt

attitydkontrollsystemen för satelliter med styva och flexibla komponenter kräver mer och mer bättre prestanda vilket resulterar i utveckling av flera metoder kontroll. Av den anledningen behöver kontrolldesignmetoder som för närvarande finns tillgängliga, inklusive parametrar och tillståndsuppskattning, robust och adaptiv kontroll, såväl som linjär och olinjär teori, mer undersökning för att känna till deras förmåga och begränsningar. I denna uppsats är den undersökta tekniken h-Infinity-metoden i utförandet av Attitydkontrollsystemet för en styv-Flexibel satellit.

1. Introduktion

den snabba komplexitetsökningen av system och processer som ska kontrolleras har stimulerat utvecklingen av sofistikerade analys-och designmetoder som kallas avancerade tekniker. H-Infinity control theory , introducerad av Zames, är en av de avancerade teknikerna och dess tillämpning i flera kontrollproblem har ökat snabbt.

sysselsättningen av flexibla strukturer i det rumsliga området är ett annat problem med kontrollsystemet som också har vuxit upp. Flexibla system erbjuder flera fördelar jämfört med det styva systemet. Vissa fördelar är relativt mindre ställdon, lägre total massa, snabbare respons, lägre energiförbrukning i allmänhet och lägre kostnad. Med studien av Attitude Control System (ACS) av rymdstrukturer med flexibla antenner och/eller panel-och robotmanipulatorer blir man mer komplex när dimensionerna av sådana strukturer ökar på grund av behovet av att överväga ett större antal vibrationslägen i sin modell för att förbättra modellens trohet . Exempel på projekt som involverar flexibla rymdstrukturer är Internationella rymdstationen (ISS), Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), Hubble Space Telescope, och så vidare.

i Rigid-Flexibel satellit (RFS) är ACS: s funktion att stabilisera och orientera satelliten under sitt uppdrag, motverka yttre störningar vridmoment och krafter. I denna uppsats undersöks multivariabel kontrollmetod för attitydkontroll av en RFS bestående av en styv kropp och två flexibla paneler. Satellitmodelleringen byggdes efter Lagrangian-metoden och diskretiseringen gjordes med hjälp av metoden antagna lägen. De erhållna rörelseekvationerna skrevs i sin modala tillståndsform.

2. Den styva flexibla Satellitmodellen

Figur 1 visar bilden av satelliten som används i detta arbete, som består av en styv kropp av kubisk form och två flexibla paneler. Satellitens masscentrum ligger i punkt 0-ursprunget för koordinatsystemet som sammanfaller med dess huvudaxel av tröghet. De elastiska bilagorna med strålformatet är anslutna i den centrala kroppen och behandlas som en punktlig massa i sin fria extremitet. Panelens längd representeras av massan representeras av, och är den elastiska förskjutningen i förhållande till axeln tröghetsmomentet hos satellitens styva kropp i förhållande till masscentret är tröghetsmomentet hos panelen i förhållande till sitt eget masscentrum ges av

Figur 1

Satellitmodell.

3. Rörelseekvationer

i Lagrang-metoden betraktas som rörelseekvationen för satelliten Runt in och den elastiska förskjutningen av panelerna. Lagrange-ekvationerna för problemet kan skrivas i följande form: i (3.1) är vridmomentet för reaktionshjulet, är Lagrangian och är rotationsvinkeln för satelliten runt axeln i (3.2) är spridningsenergin associerad med deformationen av panelen den representerar var och en av de generaliserade koordinaterna för problemet.

strålböjningsvariabeln diskretiseras med hjälp av expansionen där representerar antalet sätt som ska antas i diskretiseringen och representerar var och en av systemets egna lägen. De tillåtna funktionerna ges av var och är egenvärdena för det fria systemet och undamped.

för hela systemet ges den totala kinetiska energin därför, var är panelernas densitet och är området. Dissipationsenergifunktionen är Var är dissipationskonstanten. Så ges av

i (3.8) är konstant elastisk av panelerna. Efter några manipuleringar av (3.8) och med användning av ortogonaliseringsegenskapen för strålens vibrationslägen har man

slutligen erhålls två ekvationer. Dessa ekvationer representerar dynamiken i rotationsrörelsen hos satelliten och den elastiska förskjutningen av panelerna, där termen icke-linjär i (3.10) definieras som centripetal styvhet, och i (3.11) är ett piezoelektriskt ställdon anpassat för följande simuleringar där kommer att övervägas (ett läge), och konstanterna ges av

4. H-Oändlighetskontrollmetod

4.1. Introduktion

under årtiondena 1980 och 1990 hade h-Infinity control method en betydande inverkan på utvecklingen av styrsystem; numera har tekniken blivit fullvuxen och den tillämpas på industriella problem . I kontrollteorin för att uppnå robust prestanda eller stabilisering används h-Infinity-kontrollmetoden. Kontrolldesignern uttrycker kontrollproblemet som ett matematiskt optimeringsproblem för att hitta kontrollerlösningen. tekniker har fördelen jämfört med klassiska kontrolltekniker där teknikerna är lätt tillämpliga på problem som involverar multivariabla system med tvärkoppling mellan kanaler; nackdelar med tekniker inkluderar den höga matematiska förståelsen som behövs för att tillämpa dem framgångsrikt och behovet av en rimligt bra modell av systemet som ska kontrolleras. Problemformuleringen är viktig, eftersom någon syntetiserad styrenhet kommer att vara “optimal” i formulerad mening.

namnet härrör från det faktum att matematiskt kan problemet ställas in i utrymmet som består av alla avgränsade funktioner som är analytiska i det högra halvkomplexa Planet. Vi går inte till denna längd. Normen är funktionens maximala singulära värde; låt oss säga att det kan tolkas som en maximal förstärkning i vilken riktning som helst och vid vilken frekvens som helst; för SISO (Single in, Single Out) – system är detta effektivt den maximala storleken på frekvenssvaret. metod används också för att minimera den slutna effekten av en störning: beroende på problemformuleringen kommer effekten att mätas i termer av antingen stabilisering eller prestanda. Således drar man slutsatsen att förfarandena för projektkontrollsystem är en svår uppgift på grund av de citerade termerna som är motstridiga egenskaper .

4.2. Modellering

detta problem definieras av konfigurationen i Figur 2. “Anläggningen” är ett givet system med två ingångar och två utgångar. Det kallas ofta den generaliserade växten. Signalen är en extern ingång och representerar körsignaler som genererar störningar, mätbrus och referensingångar. Signalen är styringången. Utgången har betydelsen av kontrollfel och bör helst vara noll. Utgången är slutligen den observerade utgången och är tillgänglig för återkoppling.

Figur 2

Generaliserad Växt.

projektet för styrsystemet är baserat givet av en mer allmän tillståndsutrymme representation av standardanläggningen är lösningen av motsvarande problem baserat på Riccati-ekvationer implementeras kräver att följande villkor är uppfyllda: (1) (A, B2) är stabiliserbar och(C2, a)är detekterbar, (2) D12 och D21 har full rang, (3) har full kolumnrankning för alla (följaktligen är D12 lång), (4) har full kolumnrankning för alla (följaktligen är D21 bred).

den förstärkta anläggningen bildas genom att redovisa viktningsfunktionerna W1, W2 och W3, som visas i Figur 3. För att nå de fungerande målen valdes utgångarna för att överföra viktfunktioner:

Figur 3

växt med viktningsfunktioner för design.

funktionskostnaden för blandad känslighet ges för var kallas känslighet, är komplementär känslighetsfunktion och har inget namn. Kostnadsfunktionen för blandad känslighet heter lika, eftersom den straffar och samtidigt; det kan också sägas projektkrav. Överföringsfunktionen från till z1 är den viktade känslighetsfunktionen, som kännetecknar prestandamålet för god spårning; överföringsfunktionen från w till är den komplementära känslighetsfunktionen vars minimering säkerställer låga kontrollvinster vid höga frekvenser och överföringsfunktionen från w till är KS, som mäter kontrollansträngningen. Det används också för att införa begränsningarna på styringången till exempel mättnadsgränserna.

5. Simuleringar

simuleringarna utfördes genom beräkningsimplementering av programvaran MatLab. Initialerna villkor som används här är rad. och rad./ s. de värden som beaktas för de fysiska parametrarna i den numeriska simuleringen presenteras i Tabell 1.

Parameter beskrivning värde
J0 tröghetsmoment för satellitens styva kropp 720 Kgm2
Jp tröghetsmoment för panelen 40 Kgm2
K konstant elastik av panelerna 320 Kgrad2 / s2
Kd Spridningskonstant 0,48 Kgrad2 / s
l panelens längd 2 m
m satellitens massa 200 kg
Tabell 1
parametrar.

förfarandet för projektet av skiljer sig från andra kontrollprojekt kunskap som LQR (linjär kvadratisk Regulator) och LQG (linjär kvadratisk Gaussisk) ; skillnaden är användningen av viktningsfunktioner W1, W2 och W3, där och de andra ges av var straffar felskylten, straffar kontrollskylten “” och W3 straffar anläggningens utgång är en parameter som erhålls genom successiva försök.

6. Resultat

först analyserar vi systemets öppna slinga genom överföringsnoller (TZs) och stängningsslingan med kontroll. TZs är kritiska frekvenser där signalöverföring mellan ingång och utgång stoppas. Betydelsen av användningen av TZs ges av deras tillämpning i robust kontroll, eftersom de är nollorna i ett MIMO-system. I Tabell 2 representeras värdena.

Öppen Slinga

Kontroll

Transmission Nollor
Tabell 2
Transmission Nollor.

därefter observeras kontrollens prestanda i ACS i figurerna 4 och 5.

(a)
(a)
(b)
(b)

(a)
(a)(b)
(b)

Figur 4

vinkel och vinkelhastighet.

(a)
(a)
(b)
(b)

(a)
(a)(b)
(b)

Figur 5

vibrationer av panelerna.

båda graferna, i Figur 4, har existens av överskridande, där de kunde begå systemet; emellertid var stabiliseringstiden för båda ungefär 3,5 sekunder. Med andra ord, trots förekomsten av överskridanden, uppnåddes kontrollen av systemet under lång tid.

i Figur 5 presenteras beteendet hos panelernas vibrationer. Förskjutningen av överskridande är i storleksordningen 10-7, med andra ord mycket liten. Stabiliseringstiden i den första grafen är cirka 0,5 sekunder och för den andra är cirka 0,45 sekunder. Detta visar att control h-kontrollen har en bra prestanda för vinkel-och vinkelhastighet, liksom för att styra panelernas vibrationer.

7. Slutsatser

problemet med attitydkontroll av satelliter är inte nytt och har tagits upp av flera forskare med många olika tillvägagångssätt. Styrmetoden är en av de mest avancerade teknikerna som finns idag för att designa robusta styrenheter. En stor fördel med denna teknik är att den gör det möjligt för konstruktören att ta itu med den mest allmänna formen av styrarkitektur där explicit redovisning av osäkerheter, störningar, ställdon/sensorljud, ställdonsbegränsningar och prestandamått kan åstadkommas. Systemet skiljer sig mycket från metoderna LQR och LQG, till exempel. En stor nackdel är emellertid erfarenheten och nödvändiga förmågor att utforma formen av viktningsfunktionerna och det faktum att växten kan öka. I grund och botten beror metodens framgång på det korrekta valet av viktfunktionerna överföring.

bekräftelser

författarna vill tacka CAPES och INPE/DMC. Detta arbete stöddes av CAPES trodde att samarbetsprojektet Brasil-Portugal PCT nr 241/09.

Kategorier: Articles

0 kommentarer

Lämna ett svar

Platshållare för profilbild

Din e-postadress kommer inte publiceras.